【STM32F429的DSP教程】第18章 DSP控制函数-更好用的SIN,COS计算

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第18章       DSP控制函数-更好用的SIN,COS计算

本期教程主要讲解控制函数中的cos和sin函数数值的获取,这里使用的函数比起第13章中使用的sin和cos函数数值的获取要方便很多。

18.1 初学者重要提示

18.2 DSP基础运算指令

18.3 浮点数SIN和COS

18.4 定点数SIN和COS

18.5 Clark正变换和逆变换

18.6 Park正变换和逆变换

18.7 实验例程说明(MDK)

18.8 实验例程说明(IAR)

18.9 总结

 

18.1 初学者重要提示

  1.   Matlab2018a手动加载数据的方法在第13章的13.6章节进行了说明。

如果要看Matlab2012,参考第1版DSP教程:http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=3886

18.2 DSP基础运算指令

本章用到的DSP指令在前面章节都已经讲解过。

18.3 浮点数SIN和COS

使用表查找法和线性插值方式来计算正弦和余弦值。

18.3.1 函数arm_sin_cos_f32

函数原型:

void arm_sin_cos_f32(

     float32_t theta,

     float32_t * pSinVal,

     float32_t * pCosVal)

函数描述:

这个函数用于浮点方式计算正弦和余弦值。

函数参数:

  •   第1个参数参数是角度。这里输入角度-180到179就能得到一个周期的正弦或者余弦数值。
  •   第2个参数是转换后求出的sin值。
  •   第3个参数是转换后求出的cos值。

18.3.2 使用举例

程序设计:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: DSP_SIN_COS
*    功能说明: 浮点数cos和sin计算
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_SIN_COS(void)
{
    int16_t i;
    float32_t pSinVal;
    float32_t pCosVal;

    for(i = -180; i < 180; i++)
    {
        arm_sin_cos_f32(i, &pSinVal, &pCosVal);                                                      
        printf("i = %d pSinVal = %f pCosVal = %f\r\n", i, pSinVal, pCosVal);
    }
}

 

实验现象:

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  • 通过matlab绘制sin函数的输出数据的曲线(绘制方法见第10章的10.4小节)

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  • 通过matlab绘制cos函数的输出数据的曲线(绘制方法见第10章的10.4小节)

【STM32F429的DSP教程】第18章    DSP控制函数-更好用的SIN,COS计算 

参数theta的单位是角度。这里输入角度 -2^31 ~ 2^31-1 就能得到一个周期的正弦或者余弦数值

18.4 定点数SIN和COS

使用表查找法和线性插值方式来计算正弦和余弦值。

18.4.1 函数arm_sin_cos_q31

函数原型:

void arm_sin_cos_f32(

     float32_t theta,

     float32_t * pSinVal,

     float32_t * pCosVal)

函数描述:

这个函数用于定点方式计算正弦和余弦值。

函数参数:

  •   第1个参数参数是角度。这里输入角度 -2^31 ~ 2^31-1 就能得到一个周期的正弦或者余弦数值。
  •   第2个参数是转换后求出的sin值。
  •   第3个参数是转换后求出的cos值。

18.4.2 使用举例

程序设计:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: DSP_SIN_COS
*    功能说明: 浮点数cos和sin计算
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_SIN_COS(void)
{
    int16_t i;
    float32_t pSinVal;
    float32_t pCosVal;

    for(i = -180; i < 180; i++)
    {
        arm_sin_cos_f32(i, &pSinVal, &pCosVal);                                                      
        printf("i = %d pSinVal = %f pCosVal = %f\r\n", i, pSinVal, pCosVal);
    }
}

 

实验现象:

【STM32F429的DSP教程】第18章    DSP控制函数-更好用的SIN,COS计算 

  • 通过matlab绘制sin函数的输出数据的曲线(绘制方法见第13章的13.6小节)

【STM32F429的DSP教程】第18章    DSP控制函数-更好用的SIN,COS计算 

  • 通过matlab绘制cos函数的输出数据的曲线(绘制方法见第13章的13.6小节)

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18.5 Clarke 正变换和逆变换

暂时没有研究。

18.6 Park 正变换和逆变换

暂时没有研究。

18.7 实验例程说明(MDK)

配套例子:

V6-213_DSP控制函数(三角函数)

实验目的:

  1. 学习DSP控制函数(三角函数)

实验内容:

  1. 启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  2. 按下按键K1,浮点数格式求sin和cos值。
  3. 按下按键K2, 定点数格式求sin和cos值。

使用AC6注意事项

特别注意附件章节C的问题

上电后串口打印的信息:

波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。

详见本章的3.4  4.4,5.4小节。

程序设计:

  系统栈大小分配:

【STM32F429的DSP教程】第18章    DSP控制函数-更好用的SIN,COS计算 

  硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参:无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 
       STM32F407 HAL 库初始化,此时系统用的还是F407自带的16MHz,HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到168MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder:
       - 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
       - 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V5开发板用户手册第8章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();   /* 初始化扩展IO */
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */        
}

 

  主功能:

主程序实现如下操作:

  •   启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  •   按下按键K1,浮点数格式求sin和cos值。
  •   按下按键K2, 定点数格式求sin和cos值。
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    

    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */

    PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
    

    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */

    /* 进入主程序循环体 */
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }

        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下,浮点数格式求sin和cos值 */
                     DSP_SIN_COS();
                    break;
                    
                case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下,定点数格式求sin和cos值 */
                    DSP_SIN_COS_Q31();
                    break;

                default:
                    /* 其他的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

 

18.8 实验例程说明(IAR)

配套例子:

V6-213_DSP控制函数(三角函数)

实验目的:

  1. 学习DSP控制函数(三角函数)

实验内容:

  1. 启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  2. 按下按键K1,浮点数格式求sin和cos值。
  3. 按下按键K2, 定点数格式求sin和cos值。

上电后串口打印的信息:

波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。

详见本章的3.4  4.4,5.4小节。

程序设计:

  系统栈大小分配:

【STM32F429的DSP教程】第18章    DSP控制函数-更好用的SIN,COS计算 

  硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参:无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 
       STM32F407 HAL 库初始化,此时系统用的还是F407自带的16MHz,HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到168MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder:
       - 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
       - 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V5开发板用户手册第8章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();   /* 初始化扩展IO */
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */        
}

 

  主功能:

主程序实现如下操作:

  •   启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  •   按下按键K1,浮点数格式求sin和cos值。
  •   按下按键K2, 定点数格式求sin和cos值。
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    

    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    PrintfLogo();    /* 打印例程信息到串口1 */

    PrintfHelp();    /* 打印操作提示信息 */
    

    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */

    /* 进入主程序循环体 */
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }

        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下,浮点数格式求sin和cos值 */
                     DSP_SIN_COS();
                    break;
                    
                case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下,定点数格式求sin和cos值 */
                    DSP_SIN_COS_Q31();
                    break;

                default:
                    /* 其他的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

 

18.9 总结

本期教程就跟大家讲这么多,有兴趣的可以深入研究下算法的实现。

 

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